特厚煤层采煤工作面临时封闭防灭火技术研究_刘星乐.pdf

煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 0引言 兴隆庄煤矿 10306 工作面位于十采区中部， 切眼 以井田边界保护煤柱为界与东滩矿的 14311 设计工 作面相邻， 东部与 10305 工作面 （已回采） 相邻， 西南 部为八采区探煤巷。工作面地质构造简单， 煤层总体 为一单斜构造， 煤层倾角 2～18,平均 9发育有次 一级的波状起伏， 煤层厚度为 7.8～10.5m， 平均厚度 9.37m， 工作面所采 3 煤自燃倾向性等级为Ⅱ类， 属于 自燃煤层， 自然发火期 3～6 个月， 最短发火期 44 天。 工作面为 “U” 型全风压通风， 轨顺进风， 运顺回 风 ， 工 作 面 需 风 量 1150m3/min， 实 际 配 风 1150～1300m3/min。面长 252m， 共有 146 组支架， 推进 长度 1480m， 工作面采用综采放顶煤工艺。工作面回 采期间揭露多个断层，其中， 10306F1 19∠75 H2.5m 断层贯穿整个工作面，刘家楼二号断层 265∠75H5.4m贯穿轨顺中部及切眼中部， 对采 掘生产影响较大。 工作面回采期间推过十采四横中间 巷及联络巷、 10306 三联、 10307 三联等联络巷。 工作面于 2016 年 8 月 26 日停采， 此时矿井安撤 任务比较集中， 根据矿接续情况， 重点进行其他安撤 工作， 矿决定临时封闭 10306 工作面。因工作面停采 后搁置时间较长， 临时封闭前， 出现自然发火隐患， 治 理完成后， 工作面于 2016 年 10 月 11 日临时封闭。 工 作面正式停采至临时封闭共计 47 天，自燃发火防治 难度较大，该工作面创新性地实施了综合防灭火手 段， 有效缓解煤的自然发火趋势， 确保了工作面安全 顺利封闭， 措施效果显著。 1工作面停采前的防灭火措施 1 ） 末采期间， 工作面每推进 20m 在进回风隅角 施工隔离垛， 进风隅角共施工隔离垛 6 个， 回风隅角 共施工 3 个。 2 ） 距停采线 50m、 30m 处在进风隅角预埋注浆 管路， 随工作面回采向外延伸， 距停采线 45m 时， 在 回风隅角处预埋一路注浆管路，随工作面回采向外 延伸。 3 ） 距停采线 20m、 10m 时， 分别在两隅角施工夹 特厚煤层采煤工作面临时封闭防灭火技术研究 刘星乐 ，上官良良 ，李志勇 ，翟智哲 ，李 惠 （兖州煤业股份有限公司兴隆庄煤矿 ，山东 兖州272102 ） 摘要 兴隆庄煤矿主采煤层为山西组 3 煤层， 平均厚度 8.5m， 为Ⅱ类自燃煤层。矿井分层开采时 期， 共发生自燃隐患 20 余次， 自上世纪 90 年代开始， 逐步推广应用综采放顶煤无煤柱一次采全高技 术， 提高了资源回收率， 实现了高产高效集约化生产， 但两端头顶煤放出率低， 采空区存在遗煤， 自然 发火风险较大。 随着近年来开采强度的增大， 通风系统相对复杂， 大面积采空区连成一片， 漏风条件充 足， 大大增加了防治煤层自然发火的技术难度。 关键词 特厚煤层 ； 长时间封闭 ； 综合防灭火 ； 安全 中图分类号 TD752文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2020 ） 05- 0048- 04 The Discussion about Coal Spontaneous Combustion Prevention and Control System of Super-thick Coal Seam Fully Mechanized Top Coal Caving Mining Face LIUXingle ， SHANGGUAN Liangliang， LI Zhiyong， ZHAI Zhizhe , LI Hui， （XinglongzhuangMine, Yanzhou Coal MiningGroup Corporation Ltd. , Yanzhou 272102 , China ） Abstract Xinglongzhuang Coal Mine, the main coal seam is Shanxi Group 3 coal seam, average thickness 8.5 m,is a Class II spontaneous combustion coal seam. Since the 1990s, the technology offully mechanized top- coal caving mining without coal pillar is gradually popularized and applied, which improves the recovery rate of resources and realizes high- yield, high- efficiency and intensive production However, the top- coal caving rate at both ends is low, and there is coal remaining in Goaf, so the risk of spontaneous combustion is high. With the increase ofmining intensity in recent years, the ventilation system is relatively complex, large Goaf is connected into one, and the air leakage condition is sufficient, which greatlyincreases the technical difficultyofpreventingcoal seamspontaneous combustion. Keywordsextra- thick coal seam; long- termsealing; comprehensive fire prevention and control ; safety 48 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 心隔离垛， 中间压注 LFM充填材料， 将夹心隔离垛空 间充满， 并在外侧喷涂堵漏材料， 见图 1。 图 110306 面隅角充填隔离 4 ）利用回风隅角预留的束管，每天抽取回风隅 角气体进行化验分析。 每 3 天对 10306 工作面进行一 次全面的测风， 重点检查回风流、 回风隅角气体情况。 2工作面停采条件及采取的措施 工作面 6- 8 月份推进度分别为 82.5m、 93.5m、 52m（截至停采） ，回收率分别为 93.6％、 90.13％、 85.62％。 截止 8 月 26 日， 工作面完成回采， 停采线位 于轨顺 149、运顺 147 位置，停采线附近揭露 10305F6 断层， 落差 3.2 m。 工作面末采期间为俯采推 进， 至停采线运顺比轨顺高 25m， 且停采线处顶板整 体较为破碎， 工作面形成多处网兜且有离层现象。同 时， 受断层及停采前敷设金属网加固顶板未放顶煤影 响， 末采阶段采空区遗煤较多， 防灭火形势极为严峻。 1 ）工作面停采后，立即在两隅角施工一道隔离 垛封闭隅角。向轨顺夹心隔离垛、 运顺隔离垛外喷注 SFT堵漏材料， 对工作面 10- 120 支架前破碎煤体及 网兜喷洒堵漏材料， 封堵漏风通道， 减少向本面采空 区漏风供氧。对工作面回采过程中推过的 10307 三 联、 10306 三联等联络巷密闭加固， 减少后部漏风。 2 ） 调整通风系统，缩减工作面供风量， 由 1150m3/min 减少到 680m3/min 左右。 3 ）工作面停采后， 对架间、 架后破碎煤体施工防 火钻孔， 架前孔深 8～10m,角度 40， 架中孔深 6～ 8m， 角度 30， 架后孔深 2～4m， 角度 35， 见图 2。 图 210306 面架间防火钻孔 对所有钻孔压注 MEA防火剂， 反复压注约 2 遍， 重点对工作面架间破碎带和离层区域 92- 145 支架 间压注凝胶。 4 ）分别在工作面上、 下头安装局部通风机备用。 5 ）停采后， 每天对撤除工作面全面测风， 重点对 隅角、 架间防火钻孔内气体 （温度） 检测， 取样并化验 分析， 利用预埋束管和传感器 （温度、 CO ） 对工作面进 行监控， 结合气体 （温度） 检测结果， 对异常区域重点 压注 MEA防火剂。 每班至少两次检查工作面回风流、 架间和隅角的瓦斯和 CO 浓度及温度情况， 束管监测 系统每天保持至少连续抽气 6 小时以上。 3工作面发展状况 10306 工作面自停采后， 在 9 月份， 各项防治自 然发火措施落实到位， 束管监测系统取样分析数据正 常， 未发现指标气体。 工作面回风流、 回风隅角及重点 支架钻孔内 CO 及温度通过取样化验分析数据形成 如 3 所示。 图 310306 面温度、 CO 浓度 10 月 3 日上午，通过回风隅角内预埋束管发现 气体异常， 抽取气体分析结果发现 C2H4， 浓度 7ppm， 此时回风流中无 CO，当日下午，回风流中开始出现 CO， 最高浓度为 35ppm， 监测束管气体中 C2H4范围 在 4～29ppm， 见图 4。 图 410306 面回风流 CO 浓度 10 月 4 日凌晨，工作面回风流中 CO 浓度在 49 ChaoXing 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 10～132ppm之间波动， 当日回风流中 CO 最大浓度为 460ppm， 高峰数值主要集中在 1400- 2000， 回风隅角 内束管检测 C2H4浓度全天呈上升趋势， 最大 50 ppm， 判定工作面出现自然发火隐患， 见图 5. 图 510306 面回风流 CO 浓度 4自燃隐患治理过程 1 ）自 10 月 3 日发现工作面气体异常后， 采取了 向回风隅角充填 LFM材料堵漏、向采空区压注粉煤 灰浆的措施。10 月 4- 5 日， 回风流中 CO和监测束管 气体中 C2H4平均浓度均 大 幅 度 上 升 ， CO 最 高 737ppm、 C2H4最高 75ppm，经研究制定隐患治理方 案 ①立即开启运顺局部通风机， 降低回风隅角、 回风 顺槽 CO 浓度， 便于开展施工钻孔、 注凝胶、 注惰性气 体等防灭火工作； ②对回风隅角持续压注液态二氧化 碳， 减缓煤层自燃发火趋势， 控制回风流 CO浓度。 ③ 迅速对工作面架间及两端头钻孔普注凝胶， 对工作面 架间后部裸露煤体喷涂堵漏材料，减少漏风供氧， 惰 化破碎煤体。④工作面增设防火观测点， 加强气体取 样化验分析力度， 对气体、 温度较高区域重点压注凝 胶。 2 ）10 月 6 日， 回风流中 CO 浓度 1200- 1300 期 间短暂骤升高，全天其余时间呈小幅度下降趋势， 平 均在 200～400ppm， 监测束管气体中 C2H4浓度全天下 降， 由 71ppm 降至 49ppm， 工作面架间开始出现CO, 气体蔓延至 60 支架附近， 在 200ppmm上下浮动； 3 ）10 月 7 日，回风流中 CO 浓度最高 715ppm， 平均在 100～300 ppm，监测束管气体中 C2H4浓度降 至 31ppm，工作面架间 CO 最多蔓延至 80 支架附 近， 在 200ppmm上下浮动， 当天中班后段， 渐渐下降； 4 ）10 月 8 日，回风流中 CO 浓度最高 815ppm， 平均在 50～200 ppm， 监测束管气体中 C2H2浓度一直 在下降， 至 1100 后未再发现 C2H4， 工作面早班， 工作 面 10 架间 CO基本稳定在 20 ppm以下， 10 支架以 上未再发现 CO。工作面 CO 浓度处于低浓度状态的 时间相对较长， 开始撤除设备。 5 ） 自 10 月 9 日起， 不再压注液态 CO2， 主要对 架间高浓度钻孔、 断层带、 进风端头压注凝胶， 利用 运顺回风流中 CO 浓度相对较低时段，继续撤除设 备， 为避免隅角隔离垛被压跨造成 CO 大量外溢， 对 回风隅角隔离垛复喷赛福特堵漏风，并在两顺槽做 封闭准备工作。 10 月 9 日至 11 日， 回风流中 CO浓度急剧下降， 除受大气压影响出现短暂骤升高，其他时间稳定在 0～24ppm， 监测束管气体中 C2H4在 10 月 9 日 - 10 日 未出现。 10 月 11 日， 工作面完成临时封闭工作， 两巷 开启局部通风机， 见图 6、 图 7。 图 610306 面回风隅角、 回风流气体 图 710306 面回风隅角气体烯烷比 5应急处置措施 制定了工作面撤除期间的应急预案， 并在 10306 工作面回风路线的各岔口进风侧设置警戒， 严禁人员 进入回风流内， 受影响区域内安设 CO 传感器， 工作 人员佩戴便携式 CO 检测仪，一旦出现气体异常， 按 避灾路线撤离。工作面两巷准备木板、 快速喷涂材料 等物品， 一旦无法控制自燃趋势时， 可随时封闭工作 面， 减少事故影响范围和损失程度。 6自燃隐患分析 50 ChaoXing （上接第 47 页） 方案优化[J].煤矿安全， 2016， 47 （08） 212- 215. [2] 龙涛.巷道变形机理分析与支护参数优化研究[J].煤炭科 学技术， 2016， 44 （S1） 55- 57. [3] 侯晓志.回采巷道支护方案数值模拟及可行性研究[J].中 国煤炭， 2016， 42 （02） 51- 54. [4] 单仁亮， 孔祥松， 燕发源， 等.煤巷强帮强角支护技术模型 试验研究与应用[J].岩石力学与工程学报， 2015， 34 （11） 2336- 2345. 作者简介 郑少伟 （1986- ） ， 男， 山西昔阳人， 2009 年毕业于阳泉职 业技术学院煤矿开采技术专业， 采煤助理工程师， 从事煤矿 掘进技术工作。 （收稿日期 2020- 4- 22） 煤矿现代化2020 年第 5 期总第 158 期 6.1系统因素 10306 工作面停采撤除期间， 10307 综放面正回 采， 两工作位置关系如图 8， 10307 切眼沿 10306 采空 区布置， 留设 5m 煤柱， 10307 回采后， 受采动压力影 响， 预留煤柱基本破损倒塌， 两工作面采空区连通， 因 采用综采放顶煤工艺， 10307 工作面两端头向采空区 漏风， 即使施工隔离垛封堵， 也会形成漏风供氧通道， 导致采空区遗煤自燃， 见图 8。 图 8工作面位置关系 6.2技术因素 1 ） 工作面防灭火措施落实不到位。一是对两端 头的封堵效果差。 停采后现场条件差， 两隅角封堵滞 后， 且未对两端头周边支架后部裸露煤体封堵， 封堵 范围小。二是对 10306 工作面支架后部破碎煤体的 防灭火处理不到位，支架后部丢煤区部分钻孔深度 不够， 角度不合理， 在压注过程中， 漏液比较严重， 个 别钻孔防火剂压注量不足。三是对可能出现自燃隐 患的顶板破碎区、离层带及地质构造附近区域未重 点处理。 2 ） 矿井防灭火技术手段单一。 工作面停采后， 仅 对停采线压注普通防火剂和粉煤灰浆，停采时间接 近煤层最短发火期时， 未应用压注凝胶、 惰性气体等 其它综合防灭火措施， 自然发火风险管控不到位。 6.3管理因素 未考虑到厚煤层停采工作面长期搁置可能造成 的隐患， 应及时临时封闭工作面。 7结论 采用综放工艺的特厚煤层采煤工作面，其停采 撤除期间防灭火工作是非常复杂的系统工程和技术 难题， 工作面停采后， 煤层长期暴漏在空气中， 很容 易具备自燃的条件，防治煤层自然发火措施具有时 效性， 必须及时落实到位， 而在接近工作面煤层最短 自然发火期时， 尤其要重视， 加强监测监控， 及时分 析检测数据， 一旦出现指标性气体， 迅速采取综合防 灭火措施， 抑制氧化速度， 控制发展趋势， 落实治理 措施。 兴隆庄矿 10306 工作面停采后长期搁置，出现 自然发火隐患，在采取综合防灭火措施后成功治理 隐患， 按矿整体工作部署临时封闭工作面， 隐患治理 过程验证了特厚煤层采煤工作面自然发火的复杂 性， 完善了矿井的防灭火技术体系， 为防治厚煤层综 放工作面煤层自然发火积累宝贵经验。 参考文献 [1] 张邦雄，魏锦平. 综放采场自然发火防治技术及实践.北 京 煤炭工业出版社， 2008. [2] 李佃平， 谢强珍， 程卫民.矿井综放工作面自然发火的早 期预控技术及应用.北京 煤炭工业出版社， 2011. 作者简介 刘星乐 （1983-） ， 男， 满族， 河北省承德市人， 2006 年毕 业于河南理工大学， 安全工程专业， 本科， 就职于兖州煤业股 份有限公司兴隆庄煤矿， 从事安全管理工作， 工程师。 （收稿日期 2020- 2- 6） 51 ChaoXing